申请/专利权人：合肥工业大学;国网安徽省电力有限公司

申请日：2022-03-23

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114625011B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.07.01#实质审查的生效;2022.06.14#公开

摘要：本发明公开了一种配电网无线通信可靠性的鲁棒控制方法，包括：1、针对配电网无线通信传输延时系统中一对节点的自适应发射功率控制，建立对数距离路径损耗模型和传输延时的系统；2、构造Lyapunov‑Krasovskii函数，得到配电网无线通信传输延时系统随机稳定和鲁棒控制器存在的充分条件；3、通过不断减小稳定性条件中扰动抑制率γ，计算保证系统稳定对应的控制器增益矩阵K，当扰动抑制率γ最小且系统稳定时，得到最优的控制器增益矩阵K*。本发明能减小各节点之间的相互干扰，提高系统对扰动的鲁棒性，从而提高信号传输效率，保证配电网无线通信传输延时系统的安全稳定运行。

主权项：1.一种配电网无线通信可靠性的鲁棒控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用式1计算接收节点在k时刻接收到发射节点的无线信号强度，并作为对数距离路径损耗模型： 式1中，Prk为与发射节点的节点距离为d时的接收节点在k时刻接收到的信号强度，Ptk为发射节点在k时刻的无线信号发射功率，PLd0为参考距离为d0时的参考路径损耗值；nk为k时刻的路径损耗指数，Xσk表示多径效应对接收节点在k时刻接收信号的影响；步骤2：利用式2构建智能电网中基于对数距离路径损耗模型的系统状态空间方程： 式2中，xk为包含k时刻接收到的信号强度Prk和k时刻的本底噪声的状态向量，uk为包含发射节点在k时刻的无线发射功率Ptk的控制输入量，wk为包含k时刻与k+1时刻之间的本底噪声增量、参考路径损耗值PLd0、路径损耗指数nk以及多径效应对接收信号影响Xσk的外部扰动；yk为包含无线接收信号节点的信噪比的系统输出的状态变量；A为状态变量xk的系数；Bu为控制输入量uk的系数；Bw为外部扰动wk的系数；C为状态变量yk的系数；步骤3：利用式3构建带有延时状态反馈的控制器：uk＝Kxk-13式3中，K为控制器的增益矩阵，l代表无线信号的传输延时；xk-l表示在传输延迟k-l下的状态向量；步骤3：利用式4构建基于对数距离路径损耗模型和传输延时的系统状态空间方程： 步骤4：利用式5构造包含传输延时的Lyapunov-Krasovskii函数：Vk＝V1k+V2k+V3k5式5中，Vk为针对所述对数距离路径损耗模型和传输延时系统所构造k时刻的标量函数，V1k表示构造的k时刻的Lyapunov-Krasovskii函数的第一部分，并由式6得到，V2k表示构造的k时刻的Lyapunov-Krasovskii函数第二部分，并由式7得到，V3k表示构造的k时刻的Lyapunov-Krasovskii函数第三部分，并由式8得到，并有： 式6中，h为给定的常数，PN为对称矩阵； 式7中，Q1为对称正定矩阵，T表示转置； 式8中，Z1为对称正定矩阵，Δ表示系统在k+1-l时刻和k-l时刻的状态向量的差值；步骤5：根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式分析方法，利用式8和式9构建所述对数距离路径损耗模型和传输延时系统的随机稳定和鲁棒控制器存在的充分条件： PN＞0，Z1＞0，Q1＞010式9，In为维度为n的单位矩阵；为包含未知变量线性矩阵，并有： 式11，C为状态变量yk的系数，X为适维矩阵，Φ2为2号常数矩阵；式9，Λ为包含未知变量的线性矩阵，并有：Λ＝Λ1+Λ2-γ2Φ4TΦ412式12，Λ1为包含未知变量的第一线性矩阵，并由式13得到，Λ2为包含未知变量的第二线性矩阵，并由式14得到，Φ4为4号常数矩阵；式12中，γ为扰动抑制率，并有： Λ2＝HeΦ1T+Φ2T+Φ3TAΦ2+BuKΦ3+BwΦ4-Φ114式13中，Γ1为第一常数矩阵，并有： 式14中，In为n维单位矩阵，0n为n维零矩阵；式13中，Γ2为第二常数矩阵，并有： 式13中，Γ3为第三常数矩阵，并有：diag0n,Q1,-Q1,0n,0n17式13中，Γ4为第四常数矩阵，并有：Γ4＝[In-In0n0n0n]18式13中，Γ5为第五常数矩阵，并有：Γ5＝[0nIn-In0n0]19式14中，Φ1为1号常数矩阵，并有：Φ1＝[In0n0n0n0n]20式14中，Φ2为2号常数矩阵，并有：Φ2＝[0nIn0n0n0n]21式14中，Φ4为4号常数矩阵，并有：Φ3＝[0n0nIn0n0n]22式14中，Φ8为8号常数矩阵，并有：Φ4＝[0n0n0n0nIn]23步骤6：定义循环变量为s，并初始化s＝1；随机初始化第s次循环的扰动抑制率γs；步骤7：判断所述第s次循环的扰动抑制率γs下的充分条件是否成立，若成立，则表示第s次循环下的路径损耗系统是随机稳定且满足鲁棒性能指标，并得到第s次循环下控制器的增益矩阵Ks，否则，表示路径损耗系统不是随机稳定的且不满足鲁棒性能指标，并执行步骤9；步骤8：将γs-δ赋值给γs+1，将s+1赋值给s后，返回步骤7；步骤9：根据前s次的计算结果中，选择系统保持稳定时的扰动抑制率最小所对应的控制器增益矩阵并作为控制器的最优增益矩阵K*，从而利用所述控制器的最优增益矩阵K*对对数距离路径损耗模型和传输延时系统进行鲁棒控制。

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